ÍNDICE DE QUADROS
1.3 PLANO DA TESE
Esta tese é composta por sete capítulos, nos quais se inclui a presente introdução. Todas as referências bibliográficas e de enquadramento específico serão realizadas directamente nos capítulos a que dizem respeito.
No Capítulo 2, para além da apresentação de uma panorâmica global do estado actual do conhecimento, descrevem-se os modelos numéricos usados para a obtenção da resposta não linear dos provetes ensaiados, bem como os critérios de análise comparativa adoptados.
Apresenta-se ainda o programa de análise não linear de fibras Seismostruct, algoritmo de cálculo que se insere nas tendências actuais de análise, e cujos resultados irão ser comparados com os resultados obtidos com o algoritmo menos exigente PNL, baseado na simulação de rótulas plásticas. Estes programas foram usados na previsão e posterior avaliação do comportamento material dos provetes ensaiados, sendo ainda descritos os modelos de comportamento físico dos materiais utilizados nestes algoritmos, aço e betão, com particular destaque para a resposta em carregamento monotónico e cíclico.
No capítulo 3 serão apresentadas as ideias base de alguns dos principais estudos experimentais realizados na área de estudo que serviu de base a este trabalho.
A melhor forma de interpretar os acontecimentos que nos rodeiam é, muitas vezes, por intermédio da sua simulação em ambiente controlado, onde se tenta reproduzir o fenómeno natural. Este tipo de procedimento também se aplica à avaliação do comportamento das estruturas de betão armado ou, isoladamente, de cada uma das diferentes partes que a constituem. Todavia, este tipo de procedimento nem sempre é de fácil implementação. Como exemplo típico deste tipo de dificuldade refiram-se os pilares sujeitos a acções cíclicas, enquanto casos dos mais delicados e difíceis de reproduzir em laboratório, por deverem contemplar as acções correntes neste tipo de elementos estruturais em diferentes direcções (axiais e transversais).
Existem diversos modelos de ensaio de pilares preconizados por diferentes autores, diferindo, nomeadamente, na forma de fixação dos provetes, na aplicação da acção horizontal e da acção axial e no modo de medição dos deslocamentos e extensões. No entanto, a forma de aplicação do esforço axial é, provavelmente, o factor distintivo mais crítico, não só pela dificuldade de implementação em ensaio, como
pelo facto de ser o factor que tem maior influência na forma como os pilares se comportam, especialmente no que se refere à sua resistência, rigidez, ductilidade e capacidade de dissipação de energia.
Neste capítulo serão apresentados os modelos de ensaio de pilares mais relevantes, que foram sendo implementados ao longo do tempo, confrontando-os com o modelo implementado no Laboratório de Engenharia Sísmica e Estrutural (LESE) da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP) e adoptado para realizar a parte experimental deste trabalho.
No capítulo 4, serão apresentados os dados relativos aos ensaios efectuados, onde se incluem: a descrição dos provetes e das suas diferentes secções, os materiais usados e correspondentes propriedades, bem como a descrição do programa de ensaios realizados com as diferentes leis de deslocamentos e suas características fundamentais.
Para além da descrição dos dados dos ensaios efectuados, este capítulo inclui a apresentação da campanha experimental levada a cabo no Laboratório de Engenharia Sísmica e Estrutural (LESE) da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP), com o objectivo de avaliar o comportamento de pilares de betão armado sujeitos a acções cíclicas horizontais, testados tal como originalmente construídos e testados depois de reforçados com diferentes técnicas de aplicação simples e de uso corrente.
Para a materialização dos ensaios foi desenvolvida de raiz uma configuração de ensaio que visava possibilitar o ensaio de pilares sujeitos a acções aplicadas segundo dois eixos horizontais ortogonais (biaxiais) associados e a uma acção axial constante. Para atingir este objectivo foi projectado um sistema de deslizamento entre duas placas que se interpõem entre o aplicador da carga vertical e o topo do pilar, cujo detalhe de descrição se pode encontrar neste capítulo.
Os modelos ensaiados foram construídos procurando servir os objectivos definidos para este trabalho, enquadrando-se dentro das limitações (dimensões e força) do dispositivo de ensaio disponível e acompanhando os interesses do grupo de investigação onde este trabalho se insere. Para a sua definição foi usado como referência o estudo realizado sobre um pórtico de betão armado à escala real, construído e testado no ELSA – European Laboratory for Safety Assessment – em Ispra, Itália, no âmbito do projecto Europeu ECOEST II/ICONS (Carvalho et al.
(1999)), onde foram considerados os pressupostos de cálculo e especificações construtivas adoptadas pelas regulamentações em vigor até aos anos oitenta.
Do conjunto de premissas estabelecidas resultou a seguinte definição das características geométricas e dos materiais a adoptar na campanha experimental: dois tipos de pilar – PA1 e PA2 – construídos à escala real; secção transversal de 0.20 x 0.40 m; altura de 1.72 m (correspondente a metade da altura entre pisos corrente); ensaios com forças nas duas direcções principais de inércia e com diferentes quantidades de armaduras longitudinais (mais armadura longitudinal no provete testado na menor inércia).
Uma vez ensaiados, os pilares originais foram reparados, tendo em atenção os reforços adoptados no pórtico ICONS, bem como nas práticas correntes de reforço realizadas pela empresa STAP que colaborou neste estudo. Os reforços efectuados caracterizaram-se por intervenções na base dos pilares, na zona de formação da rótula plástica e foram realizados com:
mantas de CFRP;
mantas de CFRP com laminados longitudinais ligados à base; cintas metálicas;
cintas metálicas com cantoneiras nos cantos;
cintas metálicas com cantoneiras nos cantos ligadas à base. chapa de aço ligada à base.
Para além da aplicação de reforço nos pilares com danos resultantes dos ensaios, foi aplicado reforço a um dos pilares antes de qualquer solicitação, tendo em vista avaliar o desempenho destes materiais e técnicas enquanto abordagem de reforço de estruturas sem qualquer dano sísmico prévio.
No capítulo 5 serão interpretados os resultados experimentais, efectuando uma análise comparativa entre ensaios no que diz respeito às respostas força- deslocamento, energia dissipada durante o ensaio e perda de rigidez dos pilares. Para além da campanha de ensaios experimentais apresentada, foram também efectuadas simulações numéricas desses ensaios, de modo a melhor interpretar todos os fenómenos envolvidos e validar as ferramentas numéricas utilizadas.
Nas modelações numéricas efectuadas foram reproduzidas as condições dos ensaios experimentais, no que diz respeito a acções axiais e deslocamentos impostos, tendo sido analisados os pilares originais e os pilares após reforço. Nas modelações
numéricas dos pilares não reforçados foram usadas hipóteses de modelação de diversos níveis de complexidade e sob condições de carregamento monotónico e cíclico.
Pretendeu-se avaliar e comparar as respostas cíclicas dos diferentes pilares ensaiados, caracterizando o seu comportamento e avaliando a eficiência das diferentes soluções de reforço usadas. Para facilidade de comparação dos resultados dos ensaios, foram utilizados critérios baseados em parâmetros que permitem uma comparação objectiva entre as respostas obtidas. Estes critérios assentam essencialmente na comparação do
drift, energia dissipada e perda de rigidez relativa em relação à rigidez máxima e
rigidez de cedência, descritos no capítulo 3.
No capítulo 6, depois de nos dois capítulos anteriores se ter analisado o comportamento cíclico de pilares isolados originais e reforçados, retoma-se a estrutura ensaiada à escala real no ELSA (European Laboratory for Safety Assessment) em Ispra, Itália, no âmbito do projecto Europeu ECOEST II/ICONS (Carvalho et al. (1999)), com o objectivo de os integrar como parte de uma estrutura porticada.
Aproveitando os resultados experimentais da estrutura testada à escala real para comparação, foi realizado um estudo dos efeitos dos sismos em estruturas de betão armado, com particular ênfase nas estruturas construídas com base em regulamentos em vigor até aos anos setenta. Este estudo evidencia que muitas destas estruturas apresentam um comportamento insatisfatório, não dispondo de condições de segurança adequadas. Esta constatação salienta a necessidade de dispormos de soluções de reforço, que preparem este tipo de estruturas para melhor resistirem à eventualidade de virem a ocorrer novos sismos, dotando-as de níveis de segurança compatíveis com a ocorrência deste tipo de fenómenos naturais.
Depois de calibrado o modelo numérico, alargou-se o estudo à simulação de diferentes soluções de reforço, avaliando as novas condições de segurança. Este tipo de análise permite ampliar o conhecimento sobre as novas estratégias de reforço e verificar os ganhos de segurança que se podem estabelecer com a sua aplicação. A modelação estrutural adoptada apoiou-se na discretização em elementos de barra, considerando o comportamento não linear concentrado em rótulas plásticas. O comportamento não linear é traduzido com base numa envolvente trilinear da lei de carregamento monotónico do elemento, a partir do qual é modelado o
comportamento cíclico e histerético, envolvendo a degradação de rigidez e resistência, bem como o efeito de pinching.
A finalizar, serão apresentadas no capítulo 7 as conclusões gerais do trabalho, sintetizando o que de essencial deve ser realçado, bem como a apresentação das perspectivas de desenvolvimentos futuros.